JP3293803B2

JP3293803B2 - 微細パターンの形成方法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3293803B2
Application number: JP23610099A
Authority: JP
Inventors: 一朗岡部
Original assignee: 株式会社半導体先端テクノロジーズ
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: JP2001060583A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細パターンの形
成方法および半導体装置の製造方法に係り、特に、レジ
ストパターンの新規な処理方法を含む微細パターン形成
方法、およびその形成方法を用いた半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の回路パターンを形成する工程
では、縮小投影露光法が広く用いられている。近年、露
光法において、露光光の短波長化による解像度の向上が
進みつつある。従来から広く用いられてきたＫｒＦエキ
シマレーザ（波長２４８ｎｍ）に代わってＡｒＦエキシ
マレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いることによって０.
１μｍレベルの加工が可能になると考えられている。

【０００３】ＡｒＦエキシマレーザによる露光では、レ
ジストの光吸収によるパターン形状の劣化やレジストの
感度等が問題となる。このため、光吸収が少なくかつ高
感度な化学増幅型レジストが開発され、実用化に向けて
様々な検討がなされてきた。その中で、ポリメチルメタ
クリレート(PMMA)等の芳香環を含まない樹脂を基本骨格
とする化学増幅型レジストが検討されてきた。しかしな
がら、これらの材料は芳香環を含まないため耐ドライエ
ッチング耐性が十分ではない。そこで、樹脂にアダマン
チル基等の耐エッチング性の高い官能基をエステル結合
させることが提案された(特許2881969号)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、我々が行った
実験では、アダマンタン骨格等を有するレジストパター
ンを介してフッ素原子を有するガスを用いて下地基板を
エッチングした場合、レジストの表面に荒れが生ずるこ
とがわかった。図１（ａ）は荒れの生じたレジストの表
面の写真であり、その一辺は1.7μｍに相当する。ま
た、図１（ｂ）はそのレジスト断面のSEM像である。
尚、図１に示すレジストは、より具体的には、エステル
部にアダマンタン骨格を有するアクリル酸エステルまた
はα置換アクリル酸エステルの重合体、或いはそれらの
エステル類の共重合体を主成分とする化学増幅型フォト
レジストである。

【０００５】アダマンタン骨格等を有するレジストに荒
れが生ずるのは、そのレジストのエッチングが進行する
につれてレジストのエッチングレートが局所的に大きく
なることに起因するものである。エッチングレートが
局所的に大きくなった部分では下地がエッチングされる
可能性が大きくなり、高精細な微細パターンの形成が困
難となる。

【０００６】本発明の第１の目的はレジスト中にアダマ
ンタン骨格等を有するレジストパターンを介してフッ素
原子を有するガスを用いて下地基板をエッチングする工
程においてレジストのエッチングレートが局所的に大き
くなることを防止するパターン形成方法を提供すること
にある。また、本発明の第２の目的はそのようなパター
ン形成方法を用いた半導体装置の製造方法を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】フォトレジストの表面に
荒れが生ずる原因について検討を重ねた結果、フォトレ
ジスト中にアダマンタン骨格等の嵩高い官能基を有する
化学増幅型レジストを採用する場合は、フォトレジスト
のパターニング後にフォトレジスト内に存在する炭素と
酸素との結合基、すなわち、C=Oで示される基を除去す
ることで、エッチング等に伴うレジスト表面の荒れを抑
制できることがわかった。

【０００８】（１）そこで、本発明に係る微細パターン
の形成方法は、所望パターンにパターニングされたフォ
トレジストをマスクとして微細パターンを形成する方法
であって、エステル部にアダマンタン骨格を有するアク
リル酸エステルまたはα置換アクリル酸エステルの重合
体、あるいはそれらのエステル類の共重合体を主成分と
する化学増幅型フォトレジストを下地基板上に形成する
工程と、露光および現像により、前記フォトレジストを
パターニングして、レジストパターンを形成する工程
と、化学活性線照射により、前記フォトレジストに含ま
れる炭素と酸素の結合基を減少させる工程と、を含むこ
とを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、エッチング等の処理に先
立って、レジストパターンに含まれるC=O基の含有量を
減少させることができる。この場合、フォトレジスト内
に局所的に大きなエッチングレートを示す部位が形成さ
れることがなく、フォトレジストの表面に形成される荒
れが抑制される。

【００１０】（２）また、フォトレジストから前記結合
基を減少させる工程では、フォトレジストに含まれる結
合基の７０％以上が除去されることが望ましい。上記の
条件が満たされる場合、エッチング等に伴ってフォトレ
ジストの表面に生ずる荒れが十分に抑制される。

【００１１】（３）また、フォトレジストから前記結合
基を減少させる工程は、フォトレジストに対して電子線
を照射する工程を含むことが望ましい。フォトレジスト
に電子線が照射されると、フォトレジストからC=O基が
除去されると共に、フォトレジストのエッチング耐性が
向上する。

【００１２】（４）また、前記電子線は、３ｋＶ以上の
加速電圧で、かつ、５００μC/cm²以上の照射量で前記
フォトレジストに照射されることが望ましい。上記の条
件が満たされる場合、エッチング等に伴うフォトレジス
トの荒れが十分に抑制されると共に、フォトレジストの
エッチング耐性が十分に向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、図２および
図３を参照してこの発明の実施の形態１について説明す
る。実施の形態１では、本発明に係る微細パターン形成
方法の実施例１〜６、および、それらとの比較に用いる
比較例１〜４について説明する。

【００１４】図２は、実施例１〜６および比較例１〜４
におけるレジストパターンの形成方法を説明するための
図である。図２において符号１はフォトレジストを、符
号１ａはパターニング後のフォトレジストを、符号１ｂ
は下地基板エッチング後のフォトレジストを、符号２は
酸化シリコン(SiO₂)膜を、符号３は窒化シリコン(SiN)
膜を、符号４はシリコン基板を、符号５および６は、フ
ォトレジスト１の露光に用いられるマスクおよび露光光
を示す。また、７はX線・紫外線・電子線等の化学活性
線を示す。

【００１５】実施例１〜６および比較例１〜４の微細パ
ターン形成方法では、日本ASM社製の平行平板型プラズ
マＣＶＤ装置を用いて、図２（ａ）に示すように、基板
４上に２５nmの膜厚を有する窒化シリコン膜３、および
８００nmの膜厚を有する酸化シリコン膜２が順次形成さ
れる。次に、酸化シリコン膜２の上に回転塗布法により
フォトレジスト1が形成される。

【００１６】フォトレジスト１の塗布工程では、先ず、
酸化シリコン膜２が形成された後の基板が、ヘキサメチ
ルジシラザン(HMDS)雰囲気中に９０℃の加熱状態で６０
秒間曝露される。次に、メタクリル酸アダマンチルを含
む住友化学工業社製ＡｒＦエキシマレーザーリソグラフ
ィー用レジスト(PAR-101）が５００nmの厚さで塗布され
る。その後、ホットプレート上で基板が６０秒間１２０
℃に加熱される。その結果、図２（ａ）に示す状態が形
成される。

【００１７】次に、ＩＳＩ社製プロトタイプＡｒＦエキ
シマレーザーステッパーにより、コンタクトホールパタ
ーンの露光が実行される（図２（ｂ））。露光装置のＮ
Ａ(Numerical Aperture)は０．６、σは０．７である。

【００１８】その後、ホットプレート上にて６０秒間基
板が１２０℃に加熱され、テトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド(TMAH)水溶液等の有機アルカリ系水溶液を現
像液としてパドル法で現像処理が実行される。その結
果、１５０nm径のコンタクトホールパターンを有するフ
ォトレジスト１ａが形成される（図２（ｃ））。

【００１９】次に、エッチングの前処理として、基板全
面に化学活性線７が照射される（図２（ｄ））。表1
に、比較例１〜４および実施例１〜６のそれぞれにおい
て用いられる化学活性線７の線源の種類、その強度、お
よび照射時における基板温度の設定を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】上記の処理により得られたレジストパター
ン１ａをマスクとして酸化シリコン膜２がエッチングさ
れることによりパターン転写が行われる。上記のエッチ
ングの過程でフォトレジスト１ｂの表面は所定量だけ除
去される（図２（ｅ））。本実施形態において、上記の
エッチングは、東京エレクトロン社製の平行平板型プロ
トタイプエッチング装置を用いて、また、エッチングガ
ス種としてＣ₄Ｆ₈（１１sccm)／Ｏ₂（８sccm）／Ａｒ
（４００sccm)混合ガスを用いて行われる。この際、エ
ッチングチャンバー内の圧力は３０mtorrに、上部電極
のプラズマパワーは２０００Ｗ（２７MHz）に、下部電
極のプラズマパワーは１２００Ｗ（８００kHz）に、ま
たウェハ温度は−２０℃にそれぞれ設定した。

【００２２】このようにして得られたレジストパターン
１ｂの断面を走査型電子線顕微鏡(日立製作所製S-5000)
で観察した結果、実施例１〜６の場合と、比較例１〜４
の場合とでレジストパターン１ｂの状態に明瞭な相違が
見られた。図３（ａ）は比較例１〜４の方法で加工され
た基板の断面図を、また、図３（ｂ）は実施例１〜６の
方法で加工されたフォトレジスト１ｂの断面図を示す。
これらの図に示されるように、実施例１〜６の方法で形
成されたフォトレジスト１ｂの表面の荒れは、比較例１
〜４の方法で形成されたフォトレジスト１ｂの表面の荒
れに比して小さい。

【００２３】次に、我々は図２（ｅ）に示すように表面
荒れを定義して、その定量化を行った。図２（ｅ）に示
すｄは、未露光部分のレジスト残膜量ばらつきの3σ値
である。なお、残膜量のばらつきの測定には原子間力顕
微鏡(AFM）を用いた。我々の実験よりｄが５０nm以下で
あれば、エッチングによって形成されるパターンの寸法
精度が低下しないことがわかっている。

【００２４】また、我々はFT-IR測定装置(堀場製作所
製)を用いてフォトレジスト中に含まれるC=O結合の含有
量も測定した。レジスト残膜量のばらつきを表すｄ、お
よびエッチング前処理工程の後にフォトレジスト１ａ中
に含まれているC=O結合の含有量を表1に示す。また、表
１に示すC=O結合の含有量は、エッチング前処理工程の
前にフォトレジスト１ａ中に含まれていたC=O結合を１
として規格化した値である。

【００２５】表１より明らかなように、レジスト残膜量
のばらつきｄは、フォトレジスト１ａに含まれるC=O結
合を、エッチングの前処理工程で７０％以上除去するこ
とにより５０nm以下に抑制することができる。

【００２６】ところで、実施の形態１の方法では、フォ
トレジスト１を基板上に塗布する直前に、基板をHMDS雰
囲気に曝露して密着層を形成しているが、フォトレジス
ト１と下地との密着が十分である場合には、この密着層
形成工程は省略してもよい。

【００２７】また、実施の形態１の方法では、レジスト
パターンの露光工程でＡｒＦエキシマレーザを用いた縮
小露光が行われるが、露光の手法はこれに限定されるも
のではなく他の方法を用いても良い。例えば、電子線露
光、ＫｒＦエキシマレーザ密着露光あるいは縮小投影露
光、Ｆ₂エキシマレーザ密着露光あるいは縮小投影露
光、紫外線を光源とするステップアンドスキャン反射型
縮小投影露光、または軟Ｘ線等を用いることができる。

【００２８】また、実施の形態１の方法では、露光装置
のＮＡおよびσを、それぞれ０．６および０．７として
いるが、それらの値もこれに限定されるものではない。
レジスト膜厚についても下地のエッチング工程終了後に
十分な残膜量が確保されている限りは任意である。ま
た、転写パターンはコンタクトホールに限らず、ライン
パターンや溝パターン等でも良い。

【００２９】また、実施の形態１では、エッチングされ
る下地膜が酸化シリコン膜２であるが、その下地膜は、
窒化シリコン膜、窒化チタン膜、タングステン膜、シリ
コン酸化窒化膜、またはポリシリコン膜等であってもよ
い。

【００３０】また、実施の形態１では、エッチングガス
としてＣ₄Ｆ₈／Ｏ₂／Ａｒの混合ガスが用いられている
が、エッチングガスはこれに限定されるものではなく、
ＣＦ ₄、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₅Ｆ₈等のようなフッ素原子を含む
エッチングガスは何れも本実施形態の方法に使用するこ
とができる。その他、当業者にとって自明な範囲で種々
の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

【００３１】尚、半導体装置の製造の過程で、実施の形
態１の方法を用いて、図２（ｃ）に示すフォトレジスト
１ａの形成後に、そのレジストパターン1ａを介して下
地の酸化シリコン膜２、あるいは酸化シリコン膜２およ
び窒化シリコン膜３の双方をエッチングすることによれ
ば、半導体装置を構成する絶縁膜の微細パターンを形成
することができる。

【００３２】また、フォトレジスト１ａの下地膜が導電
膜である場合は、半導体装置の製造の過程で、実施の形
態１の方法を用いて、そのレジストパターン1ａを介し
て導電膜をエッチングすることで、半導体装置を構成す
る導電膜の微細パターンを形成することができる。以
後、一連の製造工程を経て半導体装置が製造されるが、
それらの工程については説明を省略する。

【００３３】また、実施の形態１では、前処理の終了後
にフォトレジスト１ａをマスクとしてエッチングを行う
ことで微細パターンを形成することとしているが、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、前処理
の終了したフォトレジスト１ａは、半導体基板にイオン
を注入する際のマスクとしても使用することができる。
この場合、フォトレジスト１ａの表面荒れが抑制される
ため、例えばトランジスタのソースドレイン領域等のパ
ターンを精度良く形成することが可能となる。

【００３４】以上説明したように、実施の形態１の微細
パターン形成方法によれば、フォトレジストにパターン
を形成した後のエッチング前処理工程において、電子線
・紫外線・X線等の化学活性線を基板の全面に照射する
ことで、フォトレジスト中に含まれるC=O基の濃度を処
理前よりも減少させることができる。このため、フォト
レジストをマスクとしてその下地膜をエッチングする工
程において、フォトレジストのエッチングレートが局所
的に大きな値となるのを防ぐことができる。従って、実
施の形態１の方法（実施例１〜６の方法）によれば、微
細で高精度な絶縁膜あるいは導電膜のパターンを形成す
ることができ、さらに、そのような微細パターンを有す
る半導体装置などを製造することができる。

【００３５】実施の形態２．以下、図２を参照してこの
発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２で
は、本発明に係る微細パターン形成方法の実施例７〜
９、それらを基礎とする変形例１〜３、およびそれらと
の比較に用いられる比較例５について説明する。

【００３６】本発明の実施例７〜９および変形例１〜３
の微細パターンの形成方法は、実施の形態１の場合と同
様に図２（ａ）〜図２（ｅ）を用いて説明することがで
きる。本実施の形態の微細パターン形成方法では、日本
ASM社製の平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて、図
２（ａ）に示すように、基板４上に２５nmの膜厚を有す
る窒化シリコン膜３、および８００nmの膜厚を有する酸
化シリコン膜２が順次形成される。次に、酸化シリコン
膜２の上に回転塗布法によりフォトレジスト1が形成さ
れる。

【００３７】フォトレジスト１の塗布工程では、先ず、
酸化シリコン膜２が形成された後の基板が、ヘキサメチ
ルジシラザン(HMDS)雰囲気中に９０℃の加熱状態で６０
秒間曝露される。次に、メタクリル酸アダマンチルを含
むクラリアントジャパン社製ＡｒＦエキシマレーザーリ
ソグラフィー用レジストが５００nmの厚さで塗布される
（以上の工程は実施の形態１の場合と同様）。本実施形
態では、その後、ホットプレート上で基板が６０秒間１
１５℃に加熱される。その結果、図２（ａ）に示す状態
が形成される。

【００３８】次にニコン社製プロトタイプＡｒＦエキシ
マレーザーステッパー(NSR-S302A)によりコンタクトホ
ールパターンの露光が実行される（図２（ｂ））。露光
装置のＮＡは０．６、σは０．７５である。

【００３９】本実施形態では、その後、ホットプレート
上にて６０秒間、基板が１１０℃に加熱され、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液等の有機ア
ルカリ系水溶液を現像液としてパドル法で現像処理が実
行される。その結果、１５０nm径のコンタクトホールパ
ターンを有するフォトレジスト１ａが形成される（図２
（ｃ））。

【００４０】次に、エッチングの前処理として、基板全
面に化学活性線７が照射される（図２（ｄ））。表２
に、実施例７〜９、変形例１〜３、およびそれらとの比
較の対象である比較例５のそれぞれにおいて用いられる
化学活性線７の線源の種類、その強度、および照射時に
おける基板温度の設定を示す。なお、化学活性線７の照
射は、（株）日立製作所製の電子線直描装置(HL-800D)
を用いて行った。

【００４１】

【表２】

【００４２】上記の処理により得られたレジストパター
ン１ａをマスクとして酸化シリコン膜２がエッチングさ
れることによりパターン転写が行われる。上記のエッチ
ングの過程でフォトレジスト１ｂの表面は所定量だけ除
去される（図２（ｅ））。本実施形態において、上記の
エッチングは、東京エレクトロン社製の平行平板型プロ
トタイプエッチング装置を用いて、また、エッチングガ
ス種としてＣ₄Ｆ₈（１１sccm)／Ｏ₂（６sccm）／Ａｒ
（３５０sccm)混合ガスを用いて行われる。この際、エ
ッチングチャンバー内の圧力は２５mtorrに、上部電極
のプラズマパワーは２０００Ｗ（２７MHz）に、下部電
極のプラズマパワーは１０００Ｗ（８００kHz）に、ウ
ェハ温度は−２０℃に、また、エッチングの処理時間は
３分に、それぞれ設定した。

【００４３】このようにして得られたレジストパターン
１ｂの断面を走査型電子線顕微鏡で観察してエッチング
処理後のレジスト残膜量を測定し、その観察結果に基づ
いて、フォトレジスト１ａのエッチングレートを比較例
５、実施例６〜９、および変形例１〜３のそれぞれにつ
いて計算した。その結果得られたエッチングレートと、
エッチング前処理工程の後にフォトレジスト１ａ中に含
まれているC=O結合の含有量（実施の形態１の場合と同
様の手法で測定）とを表２に示す。

【００４４】表２に示す結果より、フォトレジスト１ａ
の膜厚のばらつき、すなわち、その表面の荒れを表すｄ
は、比較例５を除くいずれの実施例および変形例におい
ても、パターン精度に悪影響を与えることのない小さな
値、具体的には５０nm以下の値に抑制できることが判
る。また、表２の結果によれば、エッチングの前処理工
程において電子線を用いる変形例1〜３では、その工程
で単色真空紫外光を用いる実施例７〜９に比べてフォト
レジスト１ａのエッチングレートが小さくなることが判
る。

【００４５】ところで、実施の形態２の方法では、フォ
トレジスト１を基板上に塗布する直前に、基板をHMDS雰
囲気に曝露して密着層を形成しているが、フォトレジス
ト１と下地との密着が十分である場合には、この密着層
形成工程は省略してもよい。

【００４６】また、実施の形態２の方法では、レジスト
パターンの露光工程でＡｒＦエキシマレーザを用いた縮
小露光が行われるが、露光の手法はこれに限定されるも
のではなく他の方法を用いても良い。例えば、電子線露
光、ＫｒＦエキシマレーザ密着露光あるいは縮小投影露
光、Ｆ₂エキシマレーザ密着露光あるいは縮小投影露
光、紫外線を光源とするステップアンドスキャン反射型
縮小投影露光、または軟Ｘ線等を用いることができる。

【００４７】また、実施の形態２の方法では、露光装置
のＮＡおよびσを、それぞれ０．６および０．７５とし
ているが、それらの値もこれに限定されるものではな
い。レジスト膜厚についても下地のエッチング工程終了
後に十分な残膜量が確保されている限り任意である。ま
た、転写パターンはコンタクトホールに限らず、ライン
パターンや溝パターンなどでも良い。

【００４８】また、実施の形態２では、エッチングされ
る下地膜が酸化シリコン膜２であるが、その下地膜は、
窒化シリコン膜、窒化チタン膜、タングステン膜、シリ
コン酸化窒化膜、またはポリシリコン膜等であってもよ
い。

【００４９】また、実施の形態２では、エッチングガス
としてＣ₄Ｆ₈／Ｏ₂／Ａｒの混合ガスが用いられている
が、エッチングガスはこれに限定されるものではなく、
ＣＦ ₄、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₅Ｆ₈等のようなフッ素を含むエッ
チングガスは何れも本実施形態の方法に使用することが
できる。その他、当業者にとって自明な範囲で、種々の
変更、改良、組み合わせ等が可能である。

【００５０】尚、半導体装置の製造の過程で、実施の形
態２の方法を用いて、図２（ｃ）に示すフォトレジスト
１ａの形成後に、そのレジストパターン１ａを介して下
地の酸化シリコン膜２、あるいは酸化シリコン膜２およ
び窒化シリコン膜３の双方をエッチングすることによれ
ば、半導体装置を構成する絶縁膜の微細パターンを形成
することができる。

【００５１】また、フォトレジスト１ａの下地膜が導電
膜である場合は、半導体装置の製造の過程で、実施の形
態２の方法を用いて、そのレジストパターン１ａを介し
て導電膜をエッチングすることで、半導体装置を構成す
る導電膜の微細パターンを形成することができる。以
後、一連の製造工程を経て半導体装置が製造されるが、
それらの工程については説明を省略する。

【００５２】また、実施の形態２では、前処理の終了後
にフォトレジスト１ａをマスクとしてエッチングを行う
ことで微細パターンを形成することとしているが、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、前処理
の終了したフォトレジスト１ａは、半導体基板にイオン
を注入する際のマスクとしても使用することができる。
この場合、フォトレジスト１ａの表面荒れが抑制される
ため、例えばトランジスタのソースドレイン領域等のパ
ターンを精度良く形成することが可能となる。

【００５３】以上説明したように、実施の形態２の微細
パターン形成方法（実施例７〜９および変形例１〜３）
によれば、フォトレジストにパターンを形成した後のエ
ッチング前処理工程において、電子線等を基板の全面に
照射することで、その処理の前にフォトレジスト中に含
まれていたC=O基の７０％以上除去することができる。
このため、フォトレジストをマスクとしてその下地膜を
エッチングする過程で、レジスト表面に大きな荒れが生
ずるのを確実に防止することができる。

【００５４】更に、実施の形態２の方法において、エッ
チングの前処理工程を電子線を用いて行うことによれば
（変形例１〜３）、フォトレジスト１ａのエッチングレ
ートを十分に小さくすること、すなわち、フォトレジス
ト１ａのエッチングに対する耐性を高めることができ
る。このため、本実施形態の方法によれば、実施の形態
１の場合に比してより精度良く微細なパターンを形成す
ることができ、そのような微細パターンを有する半導体
装置などを製造することができる。

【００５５】実施の形態３．以下、図２を参照してこの
発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３で
は、本発明に係る微細パターン形成方法の実施例１０〜
２５、それらを基礎とする変形例４〜１２、およびそれ
らとの比較に用いられる比較例６について説明する。

【００５６】本発明の実施例１０〜２５および変形例４
〜１２の微細パターンの形成方法は、実施の形態１また
は２の場合と同様に図２（ａ）〜図２（ｅ）を用いて説
明することができる。本実施の形態の微細パターン形成
方法では、日本ASM社製の平行平板型プラズマＣＶＤ装
置を用いて、図２（ａ）に示すように基板４上に５５nm
の膜厚を有する窒化シリコン膜３が形成された後、その
上に１２００nmの膜厚を有する酸化シリコン膜２が形成
される。次に、酸化シリコン膜２の上に回転塗布法によ
りフォトレジスト1が形成される。

【００５７】フォトレジスト１の塗布工程では、先ず、
酸化シリコン膜２が形成された後の基板が、ヘキサメチ
ルジシラザン(HMDS)雰囲気中に１１０℃の加熱状態で６
０秒間曝露される。次に、メタクリル酸アダマンチルを
含む三菱レイヨン社製ＡｒＦエキシマレーザーリソグラ
フィー用レジスト(MRC1001)が６００nmの厚さで塗布さ
れる。その後、ホットプレート上で基板が６０秒間１２
０℃に加熱される。その結果、図２（ａ）に示す状態が
形成される。

【００５８】次にキャノン社製ＡｒＦエキシマレーザー
露光装置によりコンタクトホールパターンの露光が実行
される（図２（ｂ））。露光装置のＮＡは０．６、σは
０．７である。

【００５９】その後、ホットプレート上にて６０秒間、
基板が１２０℃に加熱され、テトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド(TMAH)水溶液等の有機アルカリ系水溶液を
現像液としてパドル法で現像処理が実行される。その結
果、１５０nm径のコンタクトホールパターンを有するフ
ォトレジスト１ａが形成される（図２（ｃ））。

【００６０】次に、エッチングの前処理として、基板全
面に化学活性線７が照射される（図２（ｄ））。表３
に、実施例１０〜２５、変形例４〜１２、およびそれら
との比較の対象である比較例６のそれぞれにおいて用い
られる化学活性線７の線源の強度、および照射時におけ
る基板温度の設定を示す。なお、本実施形態において、
化学活性線７の照射は、電子線を線源として、（株）日
立製作所製の電子線直描装置(HL-800D)を用いて行っ
た。

【００６１】

【表３】

【００６２】上記の処理により得られたレジストパター
ン１ａをマスクとして酸化シリコン膜２がエッチングさ
れることによりパターン転写が行われる。上記のエッチ
ングの過程でフォトレジスト１ｂの表面は所定量だけ除
去される（図２（ｅ））。本実施形態において、上記の
エッチングは、ラムリサーチ社製ＴＣＰプラズマエッチ
ング装置(TCP9400)を用いて、また、エッチングガス種
としてＣ₂Ｆ₆（５０sccm)／Ｏ₂（１５sccm）／Ｈｅ（８
sccm)混合ガスを用いて行われる。この際、エッチング
チャンバー内の圧力は５mtorrに、上部電極のプラズマ
パワーは３００Ｗに、下部電極のプラズマパワーは１５
０Ｗに、ウェハ温度は２０℃に、また、エッチングの処
理時間は５分に、それぞれ設定した。

【００６３】このようにして得られたレジストパターン
１ｂについて、C=O結合含有量、膜厚ばらつきを表す
ｄ、およびエッチングレートを、実施の形態２の場合と
同様の手法で測定した。比較例６、実施例１０〜２５、
および変形例４〜１２のそれぞれについて得られた結果
を表３に示す。

【００６４】表３の結果より、比較例６を除くいずれの
実施例および変形例によっても、C=O結合含有量を減少
させてフォトレジスト１ａの表面の荒れをパターン精度
に悪影響を与えることのない小さな値（５０nm以下の
値）に抑制できることが判る。また、表３の結果によれ
ば、エッチングの前処理工程において、３ｋＶ以上の加
速電圧と、５００(μC/cm²)以上の電子線照射量とを用
いる変形例４〜１２では、３ｋＶ未満の加速電圧または
５００(μC/cm²)未満の電子線照射量が用いられる実施
例１０〜２５に比べてフォトレジスト１ａのエッチング
レートが小さくなることが判る。

【００６５】ところで、実施の形態３の方法では、フォ
トレジスト１を基板上に塗布する直前に、基板をHMDS雰
囲気に曝露して密着層を形成しているが、フォトレジス
ト１と下地との密着が十分である場合には、この密着層
形成工程は省略してもよい。

【００６６】また、実施の形態３の方法では、レジスト
パターンの露光工程でＡｒＦエキシマレーザを用いた縮
小露光が行われるが、露光の手法はこれに限定されるも
のではなく他の方法を用いても良い。例えば、電子線露
光、ＫｒＦエキシマレーザ密着露光あるいは縮小投影露
光、Ｆ₂エキシマレーザ密着露光あるいは縮小投影露
光、紫外線を光源とするステップアンドスキャン反射型
縮小投影露光、または軟Ｘ線等を用いることができる。

【００６７】また、実施の形態３の方法では、露光装置
のＮＡおよびσを、それぞれ０．６および０．７として
いるが、それらの値もこれに限定されるものではない。
レジスト膜厚についても下地のエッチング工程終了後に
十分な膜厚が確保されている限り任意である。また、転
写パターンはコンタクトホールに限らず、ラインパター
ンや溝パターンなどでもよい。

【００６８】また、実施の形態３では、エッチングされ
る下地膜が酸化シリコン膜２であるが、その下地膜は、
窒化シリコン膜、窒化チタン膜、タングステン膜、シリ
コン酸化窒化膜、またはポリシリコン膜等であってもよ
い。

【００６９】また、実施の形態３では、エッチングガス
としてＣ₂Ｆ₆／Ｏ₂／Ｈｅの混合ガスが用いられている
が、エッチングガスはこれに限定されるものではなく、
ＣＦ ₄、ＣＨ₂Ｆ₂、Ｃ₅Ｆ₈等のような公知のエッチング
ガスは何れも本実施形態の方法に使用することができ
る。その他、当業者にとって自明な範囲で、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能である。

【００７０】尚、半導体装置の製造の過程で、実施の形
態３の方法を用いて、図２（ｃ）に示すフォトレジスト
１ａの形成後に、そのレジストパターン１ａを介して下
地の酸化シリコン膜２、あるいは酸化シリコン膜２およ
び窒化シリコン膜３の双方をエッチングすることによれ
ば、半導体装置を構成する絶縁膜の微細パターンを形成
することができる。

【００７１】また、フォトレジスト１ａの下地膜が導電
膜である場合は、半導体装置の製造の過程で、実施の形
態３の方法を用いて、そのレジストパターン１ａを介し
て導電膜をエッチングすることで、半導体装置を構成す
る導電膜の微細パターンを形成することができる。以
後、一連の製造工程を経て半導体装置が製造されるが、
それらの工程については説明を省略する。

【００７２】また、実施の形態３では、前処理の終了後
にフォトレジスト１ａをマスクとしてエッチングを行う
ことで微細パターンを形成することとしているが、本発
明はこれに限定されるものではない。すなわち、前処理
の終了したフォトレジスト１ａは、半導体基板にイオン
を注入する際のマスクとしても使用することができる。
この場合、フォトレジスト１ａの表面荒れが抑制される
ため、例えばトランジスタのソースドレイン領域等のパ
ターンを精度良く形成することが可能となる。

【００７３】以上説明したように、実施の形態３の微細
パターン形成方法（実施例１０〜２５および変形例４〜
１２）によれば、フォトレジストにパターンを形成した
後のエッチング前処理工程において、電子線を基板の全
面に照射することで、その処理の前にフォトレジスト中
に含まれていたC=O基の７０％以上除去することができ
る。このため、フォトレジストをマスクとしてその下地
膜をエッチングする過程でレジスト表面に大きな荒れが
生ずるのを確実に防止することができる。

【００７４】更に、実施の形態３の方法において、エッ
チングの前処理工程で３ｋＶ以上の加速電圧と５００
(μC/cm²)以上の電子線照射量とを用いることによれば
（変形例４〜１２）、フォトレジスト１ａのエッチング
レートを十分に小さくすること、すなわち、フォトレジ
スト１ａのエッチングに対する耐性を高めることができ
る。このため、本実施形態の方法によれば、実施の形態
１の場合に比してより精度良く微細なパターンを形成す
ることができ、そのような微細パターンを有する半導体
装置などを製造することができる。

【００７５】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
記載の発明によれば、エステル部にアダマンタン骨格を
有し、下地基板上にマスクとして形成されるフォトレジ
ストの中から、エッチング等の処理に先立って、表面荒
れの原因となるC=O基を除去することができる。C=O基が
除去されると、エッチング等の処理に伴うフォトレジス
トの表面荒れが抑制される。このため、本発明によれ
ば、微細パターンを高精度に加工することが可能とな
る。

【００７６】請求項２記載の発明によれば、フォトレジ
ストに含まれる７０％以上のC=O基が除去されるため、
エッチング等に伴うフォトレジストの表面荒れが十分に
抑制される。

【００７７】請求項３または４記載の発明によれば、フ
ォトレジストに電子線が照射されることにより、フォト
レジストに、表面荒れを発生させ難い特性と共に、高い
エッチング耐性が付与される。下地基板の微細パターン
は、フォトレジストが高いエッチング耐性を示すほど精
度良く形成することができる。このため、本発明によれ
ば、微細パターンを高精度に形成することが可能とな
る。

【００７８】請求項５記載の発明によれば、表面荒れを
発生させ難い特性を有するフォトレジストをマスクとし
てエッチングを行うことで、下地基板上に、精度良く微
細パターンを形成することができる。

【００７９】請求項６記載の発明によれば、表面荒れを
発生させ難い特性を有するフォトレジストをマスクとし
てエッチングを行うことで、半導体基板上に、半導体装
置の構成要素となる微細パターンを精度良く形成するこ
とができる。

【００８０】請求項７記載の発明によれば、表面荒れを
発生させ難い特性を有するフォトレジストをマスクとし
て半導体基板にイオンを注入することにより、半導体基
板上に、イオン注入により形成すべき微細パターンを高
精度に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エステル部にアダマンタン骨格を有するフォ
トレジストを、従来の方法でエッチングした場合に実現
される状態を表す図である。

【図２】本発明の実施の形態１乃至３の微細パターン
の形成方法において実行される一連の処理を説明するた
めの図である。

【図３】本発明の実施の形態１乃至３の微細パターン
の形成方法で処理されたフォトレジストの状態（図３
（ａ））と、比較例の方法で処理されたフォトレジスト
の状態（図３（ｂ））とを比較して表した図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂフォトレジスト２、２′ 酸化シリコン膜３窒化シリコン膜４シリコン基板５マスク６露光光７化学活性線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/302 Ｊ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 G03F 7/039 601 G03F 7/40 521 H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所望パターンにパターニングされたフォ
トレジストをマスクとして微細パターンを形成する方法
であって、エステル部にアダマンタン骨格を有するアクリル酸エス
テルまたはα置換アクリル酸エステルの重合体、あるい
はそれらのエステル類の共重合体を主成分とする化学増
幅型フォトレジストを下地膜上に形成する工程と、露光および現像により、前記フォトレジストをパターニ
ングして、レジストパターンを形成する工程と、化学活性線照射により、前記フォトレジストに含まれる
炭素と酸素の結合基を減少させる工程と、を含むことを特徴とする微細パターンの形成方法。
【請求項２】フォトレジストから前記結合基を減少さ
せる工程では、フォトレジストに含まれる結合基の７０
％以上が除去されることを特徴とする請求項１に記載の
微細パターンの形成方法。
【請求項３】フォトレジストから前記結合基を減少さ
せる工程は、フォトレジストに対して電子線を照射する
工程を含むことを特徴とする請求項1または２に記載の
微細パターンの形成方法。
【請求項４】前記電子線は、３ｋＶ以上の加速電圧
で、かつ、５００μC/cm²以上の照射量で前記フォトレ
ジストに照射されることを特徴とする請求項３に記載の
微細パターンの形成方法。
【請求項５】前記フォトレジストから前記結合基を減
少させた後に、そのフォトレジストをマスクとして前記
下地基板をフッ素を含むガスを用いてエッチングする工
程を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項
に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項６】請求項１乃至４の何れか１項に記載の方
法を用いて半導体基板上にレジストパターンを形成する
工程と、そのレジストパターンをマスクとして前記半導体基板を
エッチングすることで半導体装置の構成要素となる微細
パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項１乃至４の何れか１項に記載の方
法を用いて半導体基板上にレジストパターンを形成する
工程と、そのレジストパターンをマスクとして前記半導体基板に
イオンを注入することで半導体装置の構成要素となる微
細パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。